淺析混凝土橋梁的病害預(yù)防和整治

1 前言

近些年來，我國大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建造了許多重要的公路鐵路交通工程，為我國各地的經(jīng)濟發(fā)展提供了強有力的支撐。橋梁項目作為道路建設(shè)中土建工程的一部分，在其中占據(jù)著很重要的地位。然而，在道路工程項目快速建設(shè)的同時，橋梁的安全問題依然非常嚴峻，出現(xiàn)的病害問題不容忽視。目前投入建成并運營的一些橋梁產(chǎn)生了很多病害，并對橋梁安全運營造成了威脅。高速公路、高速鐵路和重載鐵路等項目一旦出現(xiàn)安全問題，后果將不堪設(shè)想。在高速公路及高速鐵路上，因為車輛運行速度快、沖擊力大引發(fā)的橋梁病害問題給行車安全帶來了巨大威脅；尤其是重載鐵路線路上，由于運行的車輛噸位極大，對橋梁的荷載能力要求非常高，橋體本身也要承受比其他路橋項目更大的車輛沖擊。因此，在橋梁設(shè)計和建造過程中需要對相關(guān)情況進行充分考慮，嚴防橋梁病害發(fā)生。

2 橋梁病害類型及形成原因

目前我國已建成的不少路橋項目發(fā)生了橋梁病害，例如我國第一條高速鐵路秦沈客運專線出現(xiàn)了因列車高速運行產(chǎn)生振動造成上部結(jié)構(gòu)應(yīng)力和撓度增加的情況，進而導(dǎo)致橋上軌道變形；京滬高速鐵路在黃村和德州之間的路段，因大量開采地下水，該處橋梁發(fā)生嚴重的沉降現(xiàn)象，有的沉降量已達到幾十厘米不等，部分橋梁出現(xiàn)了嚴重扭曲變形以及橋臺整體下沉的情況。我們作為橋梁的建設(shè)者，應(yīng)該正確認識到橋梁病害的危害性及其嚴重性。通過對已有橋梁病害現(xiàn)象的研究歸納和總結(jié)，可以看出橋梁病害問題相當復(fù)雜。橋梁病害包括多種形式，形成病害的原因也各有不同。常見橋梁病害主要分為以下幾類：混凝土裂縫、橋體表面腐蝕剝落、蜂窩麻面以及鋼筋銹蝕等；而且隨著使用時間的增加，各種荷載使梁體受彎而造成跨中下?lián)隙纫渤掷m(xù)增大，從而出現(xiàn)跨中振幅過大等現(xiàn)象[1]。

裂縫是最常見的病害。從對橋梁承載能力影響的方面考慮，混凝土裂縫可以被分為非結(jié)構(gòu)性裂縫和結(jié)構(gòu)性裂縫兩種。非結(jié)構(gòu)性裂縫一般是風(fēng)化、溶蝕、熱脹、冷縮等因素作用下形成的，對橋梁結(jié)構(gòu)的承載力沒有影響；結(jié)構(gòu)性裂縫一般是由外部沖擊和內(nèi)部應(yīng)力集中作用共同引起的。基礎(chǔ)的豎向不均勻沉降或水平方向的位移，都會使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加的應(yīng)力，一旦超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。因此，對于不同種類的橋梁病害現(xiàn)象需要針對性處理和精準性整治。

圖1 鋼筋外露和蜂窩麻面

圖2 跨梁箱腹板內(nèi)側(cè)和外側(cè)的斜裂縫

3 橋梁病害預(yù)防與整治

對于將來可能發(fā)生的橋梁病害，應(yīng)采取合理有效的預(yù)防措施。我們要將安全生產(chǎn)的“雙防”理念引入橋梁病害的防治工作當中，在橋梁的設(shè)計階段、施工過程、選擇材料等方面都需要考慮橋梁結(jié)構(gòu)類型，并采取適當?shù)氖┕し椒?，因地制宜選擇與環(huán)境相適應(yīng)的材料；而對于已經(jīng)發(fā)生的橋梁病害，需要根據(jù)其產(chǎn)生原因，采取相應(yīng)的處理措施，提高橋梁的耐久性能。通過對國內(nèi)多條公路鐵路出現(xiàn)的橋梁病害特征進行綜合分析，可以發(fā)現(xiàn)引發(fā)橋梁病害的主要原因主要有以下幾種：設(shè)計不合理、材料選擇、環(huán)境因素、長期的荷載效應(yīng)以及施工過程中控制不到位。為了減少橋梁病害，減輕橋梁病害對橋梁使用壽命的影響，應(yīng)從病害發(fā)生的規(guī)律出發(fā)，對全面分析設(shè)計、施工和運營的整體一系列過程，并分階段采取有效的防治措施。

3.1 設(shè)計階段采取措施

在設(shè)計階段要著重考慮如何預(yù)防橋梁出現(xiàn)病害是橋梁病害預(yù)防最為有效措施。在橋梁設(shè)計過程中，應(yīng)根據(jù)環(huán)境、地形、施工季節(jié)、設(shè)計荷載等因素綜合考慮，因地制宜地選擇最合適的橋梁結(jié)構(gòu)、材料和施工方法，以保證橋梁的可靠性和耐久性。例如：高寒地區(qū)晝夜溫差大，夜間溫度極低，工程結(jié)構(gòu)經(jīng)常遭受頻繁熱脹冷縮等因素的不利影響，這種情況應(yīng)選用抗凍性好、變形適應(yīng)能力強的混凝土材料；而在跨海大橋的施工項目中，受到浸沒在海水中的結(jié)構(gòu)被海水中的氯離子腐蝕嚴重的威脅，在這樣的生產(chǎn)環(huán)境下，則應(yīng)該選用抗氯離子腐蝕性強的混凝土材料來對跨海大橋進行建造。對于橋梁在運營過程中的常見病害，例如裂縫、跨中撓度等，在設(shè)計過程中應(yīng)采取相應(yīng)措施，防止此類病害的產(chǎn)生和發(fā)展。橋面裂縫的出現(xiàn)通常是由于混凝土材料的劣化所引起的，因此在設(shè)計的過程中需要選擇適合施工條件的混凝土材料，同時還要考慮到可能出現(xiàn)影響安全的結(jié)構(gòu)裂縫；在設(shè)計過程中要保證截面強度，并配置彎曲鋼束以及相應(yīng)的豎向預(yù)應(yīng)力束，然后再進行二次張拉，以保證有效的預(yù)應(yīng)力大?。怀酥?，還要適當增加鋼筋的數(shù)量，加密箍筋；在梁高范圍內(nèi)增大縱向的鋼筋直徑，并進行適當加密，從而有效防止水平裂縫以及傾斜裂縫的發(fā)生。

3.2 施工階段防治方法

橋梁在預(yù)制階段的施工監(jiān)管、施工時間、溫度控制和混凝土養(yǎng)護過程中，無論哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都可能產(chǎn)生橋梁病害?；炷劣不|(zhì)量與澆筑時間、溫度控制和混凝土養(yǎng)護密切相關(guān)，因此澆筑過程中的施工監(jiān)管是橋梁質(zhì)量的重要保證之一；控制好影響施工質(zhì)量的各種因素，對建成橋梁的性能有著很重要的作用。在施工過程中，要保證混凝土澆筑質(zhì)量和混凝土的有效養(yǎng)護，這是防治混凝土表面缺陷的主要措施。夏季施工時，為減少混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的熱量對施工的不利影響，應(yīng)盡量減少每次澆筑的厚度，并充分利用混凝土澆筑面對其內(nèi)部的熱量進行散熱，且采用灑水冷卻的方式進行養(yǎng)護，采取有效措施降低混凝土入模溫度。當環(huán)境溫度急劇下降時，應(yīng)采取覆蓋保溫被等措施保持已澆混凝土表面的溫度，以免出現(xiàn)溫度梯度引起裂縫。當混凝土的溫度高于外界環(huán)境的溫度時，應(yīng)控制好拆模時間，并做好表面保溫工作，防止溫差引起溫度應(yīng)力裂縫。

在施工過程中，還應(yīng)進行有效的施工過程控制和施工監(jiān)管，以保證橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。連續(xù)鋼構(gòu)橋懸臂施工是一個非常復(fù)雜的過程，其間經(jīng)歷了多次體系轉(zhuǎn)換，所以在此過程中必須采取科學(xué)、有效、合理的施工控制管理體系對施工各階段進行分析，確定關(guān)鍵環(huán)節(jié)，制定有效合理可行的施工方案；同時，在施工過程中對結(jié)構(gòu)進行實時動態(tài)監(jiān)測，及時調(diào)整和修復(fù)施工誤差和缺陷，確保橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[2]。

3.3 后期病害整治措施

橋梁在投入使用過程中，由于環(huán)境、荷載等因素影響易發(fā)生表層病害和結(jié)構(gòu)性病害?，F(xiàn)在針對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁常用的加固方法有以下幾種：

3.3.1 修補加固法

常用的修補方法有兩種：BICS 注漿法和缺陷修補法。BICS 注漿法主要是用樹脂膠壓力灌漿修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫；而缺陷修補法主要是用于修補梁底混凝土出現(xiàn)的剝落和缺陷，以延緩鋼筋銹蝕。此外，缺陷修補法也適用于混凝土結(jié)構(gòu)中蜂窩和麻點表面缺陷的情況，采用這樣的方法來修補橋體表層缺陷，砂漿不易脫落且持久性強。

3.3.2 增大橋體截面加固法

該法是通過增加結(jié)構(gòu)截面或鋼筋來提高原結(jié)構(gòu)強度和剛度。常見的方法有兩種：錨噴混凝土加固法和橋體外包裝混凝土加固法。錨噴混凝土加固法是通過打毛并清洗加固橋梁構(gòu)件的表面，在橋梁構(gòu)件表面安設(shè)錨固鋼筋，然后在其上面噴射混凝土并進行加固；橋體外包裝混凝土加固法施工簡單、質(zhì)量易于控制，但是對于橋梁結(jié)構(gòu)表面形狀復(fù)雜的不宜適用。

3.3.3 外貼材料方法

該法主要分為兩種具體方法，包括粘貼鋼板加固法和外貼碳纖維布法。利用粘貼鋼板加固法不僅能對承載力不足的梁體和墩臺進行加固，還能進一步提高構(gòu)件的抗彎、抗剪的性能；而外貼碳纖維布法不僅可以改善構(gòu)件抗彎和抗剪的性能，而且可以對整個結(jié)構(gòu)進行綜合加固，從而使恒載增加很小，但其缺點是無法充分發(fā)揮復(fù)合纖維材料的高強度性能。

3.3.4 預(yù)應(yīng)力加固法

預(yù)應(yīng)力加固法是通過在橋梁結(jié)構(gòu)上施加預(yù)應(yīng)力鋼拉桿或鋼撐桿，從而對橋梁結(jié)構(gòu)施加外部預(yù)應(yīng)力的方法。這種方法可以分攤橋梁所承受的荷載，提高橋梁的整體承載力，增強橋梁正常使用狀態(tài)下的性能。其特點是可以同時增強橋梁的承載力、抗裂性和剛度，同時它還適用于大型橋梁的加固，但其缺點是轉(zhuǎn)向塊處易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象、錨固后易出現(xiàn)裂縫以及錨點處應(yīng)力集中、錨頭活載應(yīng)力幅值增大。

3.3.5 增加受力構(gòu)件法

增加承重構(gòu)件方法是通過在原有結(jié)構(gòu)件基礎(chǔ)上增加新承載構(gòu)件，從而提高整個結(jié)構(gòu)承載力的一種方法。普遍適用于整治橋梁承載力不足或因其他原因而損壞的橋梁。如：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T梁橋，常用的方法是對橋面鋪裝層進行改造，在兩片式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T梁之間增設(shè)新的橫隔板，從而提高橋梁的承載力和抗剪強度，增強橋梁的穩(wěn)定性[3]。

4 結(jié)語

本文從設(shè)計、施工過程及橋梁投入使用后已存在病害的整治方面提出了諸多橋梁的預(yù)防病害和整治辦法，對延長橋梁使用壽命、增強橋梁安全性能和耐久性能有著非常重要的作用。當前我國仍在大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施路橋建設(shè)，每年新建路橋非常多，因此保證施工路橋的結(jié)構(gòu)安全非常重要。對于橋梁結(jié)構(gòu)存在的病害問題，各設(shè)計、施工單位應(yīng)該重視起來，并不斷提高設(shè)計、施工質(zhì)量，努力將病害發(fā)生概率降至最低。